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Eine Diffusionsabsorptionskältemaschine DAK ist eine Modifikation der Absorptionskältemaschine die wiederum zu den Kälte
Diffusionsabsorptionskältemaschine
Eine Diffusionsabsorptionskältemaschine (DAK) ist eine Modifikation der Absorptionskältemaschine, die wiederum zu den Kältemaschinen gezählt wird.
Aufbau
Die Diffusionsabsorptionskältemaschine (DAK) besteht aus folgenden Bauteilen:
- Austreiber – treibt das Kältemittel durch Erhitzen aus der Lösung aus
- Entfeuchter – auch Rektifikator, trennt Reste von Lösungsmittel vom dampfförmigen Kältemittel
- Kondensator – verflüssigt das Kältemittel
- Verdampfer – verdampft das Kältemittel, die dazu nötige Energie wird äußerlich als Kälteleistung wahrgenommen
- Absorber – löst das gasförmige Kältemittel wieder im Lösungsmittel
- Wärmeübertrager für das Inertgas – reduziert die Energieverluste
- Wärmeübertrager für das Lösungsmittel – reduziert die Energieverluste
Im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine (klassischer Kühlschrank) benutzt eine DAK drei verschiedene, umlaufende Substanzen:
- Lösungsmittel – zum Beispiel Wasser mit Ammoniak
- Kältemittel – zum Beispiel Ammoniak (NH3)
- Hilfsgas – zum Beispiel Helium oder Wasserstoff
Diese durchlaufen nur teilweise getrennte Kreisläufe.
Funktionsweise
| Abkürzungen: | |
| NiAmWs | niedrigkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Lösung |
| HoAmWs | hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Lösung |
| NH3 | Ammoniak |
| NiAmHe | niedrigkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch |
| HoAmHe | hochkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch |
| (1) | NH3 (Gas) + Wasserdampf |
| (2) | NH3 (Gas) |
| (3) | NH3 (flüssig) |
| (4) | Mischung NiAmHe + NH3 → HoAmHe |
| und Verdampfung. | |
| (5) | HoAmHe kalt |
| (6) | HoAmHe warm |
| (7) | NiAmHe warm |
| (8) | NiAmHe kalt |
| (9) | Trennung HoAmHe → NH3 + NiAmHe und |
| Mischung NH3 + NiAmWs → HoAmWs | |
| (10) | HoAmWs kalt |
| (11) | HoAmWs warm |
| (12) | NiAmWs heiß |
| (13) | NiAmWs kalt |
Kühlmittelkreislauf
Der Antrieb, der zum Umlauf führt, entspricht dem Pumpenprinzip der Mammutpumpe, funktioniert also ohne bewegte Teile. Der Kühlmittelkreislauf wird durch die Wärmezufuhr im Austreiber angetrieben.
- Eine hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung wird im Austreiber stark erwärmt. Dabei entweicht ein Teil des Ammoniaks aus der Lösung und es entsteht ein hoher Druck. Zurück bleibt eine niedrigkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung (12). Das Ammoniak (1) strömt nun in den Entfeuchter.
- Im Entfeuchter wird der im Austreiber ebenfalls entstehende Wasserdampf durch Kondensation entfernt. Im Kreislauf verbleibt Ammoniakdampf (2). Dieser gelangt nun in den Kondensator.
- Im Kondensator verflüssigt sich der Ammoniakdampf und Wärme wird abgeführt. Dabei bleibt ein Teil des im Austreiber erzeugten Drucks erhalten (3).
- Das flüssige Ammoniak gelangt in den Verdampfer. Dort wird es dem aus dem Absorber stammenden niedrigkonzentrierten Ammoniak-Helium-Gemisch bei ca. 9 bar zugeführt (es entsteht also ein hochkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch) und danach erfolgt eine Verdampfung und Expansion des Ammoniak (aus der Mischung heraus) unter Aufnahme von Wärme (4). Die gewünschte Kühlwirkung wird also an diesem Bauteil erreicht. Das Ammoniak hat dabei einen niedrigen Partialdruck von 5 bar. Dabei sorgt das Helium für den Druckausgleich.
- Dieses hochkonzentrierte Ammoniak-Helium-Gemisch strömt nun über einen Wärmeübertrager (s. u.) in den Absorber (5 und 6). Hier wird das Ammoniak vom aus dem Austreiber zurückkommenden (13) niedrigkonzentrierten Ammoniak-Wasser-Gemisch absorbiert (9). Zurück bleibt niedrigkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch (7), welches über den Wärmeübertrager zum Verdampfer zurückgeführt wird (8). Die hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung (10) kommt jetzt über einen Lösungsmittel-Wärmeübertrager wieder in den Austreiber (11).
Lösungskreislauf
Der Lösungsmittelkreislauf wird ebenfalls durch die Wärmezufuhr im Austreiber angetrieben.
Das Lösungsmittel durchläuft Austreiber und Absorber, wobei zwischen diesen Bauteilen ein Wärmeübertrager dafür sorgt, dass die Energie des vom Austreiber kommenden, heißen, niedrigkonzentrierten Lösungsmittels zum Vorwärmen des vom Absorber kommenden hochkonzentrierten Lösungsmittels genutzt wird.
Hilfsgaskreislauf
Das Hilfsgas durchläuft Verdampfer und Absorber, wobei zwischen diesen Bauteilen ein Gaswärmeübertrager für bessere Energienutzung sorgt. Der Antrieb des Hilfskreislaufs erfolgt dabei durch den Dichteunterschied zwischen hochkonzentriertem, kalten und niedrigkonzentriertem, warmem Gas.
Fazit
Vorteile
- Keine mechanischen Teile (Pumpe, Kompressor, …)
- Wartungsfrei
- Selbstregulierend
- Kann ohne komplexe Bauteile gebaut werden.
- Arbeitet nahezu geräuschfrei.
- Beliebige Wärmequelle (z. B. Gasflamme oder Sonnenenergie) genügt zum Betrieb, Elektrizität ist dann unnötig.
- Ohnehin vorhandene überschüssige Wärme kann zur Kühlung genutzt werden (z. B. Abwärme von Kraftwerken), sodass kein zusätzlicher Energiebedarf besteht.
Nachteile
- Mäßiger Wirkungsgrad bei Absorptionskühlschränken zwischen 0,1 und 0,2 wegen einfacher Bauweise ohne Rektifikation (aus Kostengründen)
- Gasbetriebene Absorberkühlschränke kommen aber dem Wirkungsgrad der Kombination Gaskraftwerk plus elektrischer Kompressorkühlschrank sehr nahe.
- Verbesserter Wirkungsgrad bei indirekt thermisch beheizter Diffusions-Absorptionskältemaschine (DAKM) zwischen 0,3 und 0,5
- Schwierige Konstruktion und Auslegung
- Hohe Dichtheitsanforderung gegen Heliumverlust
Einsatzgebiete
- Campingkühlschränke
- Hotelminibars
- Solare Klimatisierung
- Solares Kühlen
Weblinks
- Gebäudeklimatisierung
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Eine Diffusionsabsorptionskaltemaschine DAK ist eine Modifikation der Absorptionskaltemaschine die wiederum zu den Kaltemaschinen gezahlt wird AufbauDie Diffusionsabsorptionskaltemaschine DAK besteht aus folgenden Bauteilen Austreiber treibt das Kaltemittel durch Erhitzen aus der Losung aus Entfeuchter auch Rektifikator trennt Reste von Losungsmittel vom dampfformigen Kaltemittel Kondensator verflussigt das Kaltemittel Verdampfer verdampft das Kaltemittel die dazu notige Energie wird ausserlich als Kalteleistung wahrgenommen Absorber lost das gasformige Kaltemittel wieder im Losungsmittel Warmeubertrager fur das Inertgas reduziert die Energieverluste Warmeubertrager fur das Losungsmittel reduziert die Energieverluste Im Gegensatz zur Kompressionskaltemaschine klassischer Kuhlschrank benutzt eine DAK drei verschiedene umlaufende Substanzen Losungsmittel zum Beispiel Wasser mit Ammoniak Kaltemittel zum Beispiel Ammoniak NH3 Hilfsgas zum Beispiel Helium oder Wasserstoff Diese durchlaufen nur teilweise getrennte Kreislaufe FunktionsweiseDiffusionsabsorptionskaltemaschineAbkurzungen NiAmWs niedrigkonzentrierte Ammoniak Wasser LosungHoAmWs hochkonzentrierte Ammoniak Wasser LosungNH3 AmmoniakNiAmHe niedrigkonzentriertes Ammoniak Helium GemischHoAmHe hochkonzentriertes Ammoniak Helium Gemisch 1 NH3 Gas Wasserdampf 2 NH3 Gas 3 NH3 flussig 4 Mischung NiAmHe NH3 HoAmHeund Verdampfung 5 HoAmHe kalt 6 HoAmHe warm 7 NiAmHe warm 8 NiAmHe kalt 9 Trennung HoAmHe NH3 NiAmHe undMischung NH3 NiAmWs HoAmWs 10 HoAmWs kalt 11 HoAmWs warm 12 NiAmWs heiss 13 NiAmWs kaltKuhlmittelkreislauf Der Antrieb der zum Umlauf fuhrt entspricht dem Pumpenprinzip der Mammutpumpe funktioniert also ohne bewegte Teile Der Kuhlmittelkreislauf wird durch die Warmezufuhr im Austreiber angetrieben Eine hochkonzentrierte Ammoniak Wasser Mischung wird im Austreiber stark erwarmt Dabei entweicht ein Teil des Ammoniaks aus der Losung und es entsteht ein hoher Druck Zuruck bleibt eine niedrigkonzentrierte Ammoniak Wasser Mischung 12 Das Ammoniak 1 stromt nun in den Entfeuchter Im Entfeuchter wird der im Austreiber ebenfalls entstehende Wasserdampf durch Kondensation entfernt Im Kreislauf verbleibt Ammoniakdampf 2 Dieser gelangt nun in den Kondensator Im Kondensator verflussigt sich der Ammoniakdampf und Warme wird abgefuhrt Dabei bleibt ein Teil des im Austreiber erzeugten Drucks erhalten 3 Das flussige Ammoniak gelangt in den Verdampfer Dort wird es dem aus dem Absorber stammenden niedrigkonzentrierten Ammoniak Helium Gemisch bei ca 9 bar zugefuhrt es entsteht also ein hochkonzentriertes Ammoniak Helium Gemisch und danach erfolgt eine Verdampfung und Expansion des Ammoniak aus der Mischung heraus unter Aufnahme von Warme 4 Die gewunschte Kuhlwirkung wird also an diesem Bauteil erreicht Das Ammoniak hat dabei einen niedrigen Partialdruck von 5 bar Dabei sorgt das Helium fur den Druckausgleich Dieses hochkonzentrierte Ammoniak Helium Gemisch stromt nun uber einen Warmeubertrager s u in den Absorber 5 und 6 Hier wird das Ammoniak vom aus dem Austreiber zuruckkommenden 13 niedrigkonzentrierten Ammoniak Wasser Gemisch absorbiert 9 Zuruck bleibt niedrigkonzentriertes Ammoniak Helium Gemisch 7 welches uber den Warmeubertrager zum Verdampfer zuruckgefuhrt wird 8 Die hochkonzentrierte Ammoniak Wasser Mischung 10 kommt jetzt uber einen Losungsmittel Warmeubertrager wieder in den Austreiber 11 Losungskreislauf Der Losungsmittelkreislauf wird ebenfalls durch die Warmezufuhr im Austreiber angetrieben Das Losungsmittel durchlauft Austreiber und Absorber wobei zwischen diesen Bauteilen ein Warmeubertrager dafur sorgt dass die Energie des vom Austreiber kommenden heissen niedrigkonzentrierten Losungsmittels zum Vorwarmen des vom Absorber kommenden hochkonzentrierten Losungsmittels genutzt wird Hilfsgaskreislauf Das Hilfsgas durchlauft Verdampfer und Absorber wobei zwischen diesen Bauteilen ein Gaswarmeubertrager fur bessere Energienutzung sorgt Der Antrieb des Hilfskreislaufs erfolgt dabei durch den Dichteunterschied zwischen hochkonzentriertem kalten und niedrigkonzentriertem warmem Gas FazitVorteile Keine mechanischen Teile Pumpe Kompressor Wartungsfrei Selbstregulierend Kann ohne komplexe Bauteile gebaut werden Arbeitet nahezu gerauschfrei Beliebige Warmequelle z B Gasflamme oder Sonnenenergie genugt zum Betrieb Elektrizitat ist dann unnotig Ohnehin vorhandene uberschussige Warme kann zur Kuhlung genutzt werden z B Abwarme von Kraftwerken sodass kein zusatzlicher Energiebedarf besteht Nachteile Massiger Wirkungsgrad bei Absorptionskuhlschranken zwischen 0 1 und 0 2 wegen einfacher Bauweise ohne Rektifikation aus Kostengrunden Gasbetriebene Absorberkuhlschranke kommen aber dem Wirkungsgrad der Kombination Gaskraftwerk plus elektrischer Kompressorkuhlschrank sehr nahe Verbesserter Wirkungsgrad bei indirekt thermisch beheizter Diffusions Absorptionskaltemaschine DAKM zwischen 0 3 und 0 5 Schwierige Konstruktion und Auslegung Hohe Dichtheitsanforderung gegen HeliumverlustEinsatzgebiete Campingkuhlschranke Hotelminibars Solare Klimatisierung Solares KuhlenWeblinksGebaudeklimatisierung